[发明专利]一种精确流量获取装置及方法

说明书

本发明为一种精确流量获取装置及方法，由储水箱、直流电机驱动泵、产生数字信号的流量传感器和产生模拟信号的液面传感器、启动与控制机构以及PC端数据处理模块组成。储水箱模拟实际储存液体容器体积，直流电机驱动泵用于改变实时流量，流量传感器用于获取实时的液体流量，液面传感器用于测量位于容器中的液体绝对体积，启动与控制机构通过AVR单片机输出PWM信号控制泵的转速、获得传感器信号并输出测量参数，数据处理模块将传感器所采集的信号进行处理，利用多传感器反馈数据并设计卡尔曼滤波信号处理算法进行数据融合，实现流量的精确测量。此装置与传统的流量测量方式相比具有精度高，实时测量准确，算法简单计算量小等优点。

技术领域

本发明涉及一种精确流量获取装置及方法，用于油量获取、自动化喷洒等多个领域。

背景技术

在电子式控制系统高速发展的今天，精确流量装置广泛应用于航空器、汽车和农业生产等诸多领域。随着经济社会的持续发展，越来越多的领域对精确流量装置提出更多的需求。在有关计量系统的研究中，在传感器及其数据融合方面。白文浩在液面监测实验[1]([1]白文浩.面向液面监测时滞效应的多传感器融合算法[D].长安大学，2017.)中在国内外液面监测技术分析的基础上，从测量精度、可靠度、成本、安装方便性等方面对比各种液面监测技术，选择超声波液面测量法，并针对单传感器测量技术的不足，采用多传感器融合算法，使用多传感器采集数据并且进行数据融合。从准确度和实时性两方面详细讨论了多传感器融合算法。并将采集到的数据使用多传感器融合算法进行融合，交由上位机进行分析。而朱黎在水塔水位的控制实验[2]([2]朱黎.水塔水位的自动控制[J].商，2013(8)：216-216)中，融合多个电容式液面传感器进行监测以提升计量系统输出精度，认为此方案增强了系统的可靠性、稳定性和实用性。但超声波液面传感器实质上为绝对测量，误差来源为实测高度H(t)和储水箱的数学模型准确度，其中实测高度H(t)易受水面波动影响，这是最主要的误差来源；另外，存在少部分误差来自于超声波液面传感器自身品质和精度。因此在进行动态流量测量时，仅使用多个液面传感器以提升计量精度有很大的局限性，本发明将流量传感器与液面传感器相融合，将二者实现优势互补。韩萍，桑威林，石庆研提出了一种新型非线性卡尔曼滤波方法—单形无迹求积卡尔曼滤波(SUQKF)方法[3]([3]韩萍,桑威林,石庆研.一种新型非线性卡尔曼滤波方法[J].仪器仪表学报,2015,36(03):632-638.)，该方法通过对单形无迹卡尔曼滤(SUKF)波所用的采样点进行修正，并与高斯-拉盖尔积分准则相结合，构造了一组个数、权系数和空间分布确定的新型高阶采样点，用来进行滤波。同时指出SUKF是SUQKF的特例。将所提方法通过实验与扩展卡尔曼滤波(EKF)、容积求积卡尔曼滤波(CQKF)进行比较，结果表明：SUQKF方法滤波精度高于EKF和CQKF，且收敛速度较快，实时性优于CQKF。因此本发明将卡尔曼滤波的思路引用到融合传感器反馈数据上，卡尔曼滤波的迭代处理方式，没有延迟，更加能满足对精准测量的需求。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种精确流量获取装置及方法，利用融合流量传感器与液面传感器反馈数据并设计卡尔曼滤波信号处理算法进行数据融合的方式，解决目前流量工况测量中普遍存在的，精度低，受波动干扰大等问题。

本发明的技术解决方案：一种精确流量获取装置，包括：储水箱、直流电机驱动泵、流量传感器、液面传感器、启动与控制模块、及PC端内的数据处理模块；

储水箱，储水并模拟实际储存液体容器的体积；

直流电机驱动泵，由一个直流电机和齿轮泵组成，由无刷电调控制直流电机，从而控制齿轮泵的转速，用于改变储水箱中液体流量，模拟不同工况下的液体流量；

流量传感器，安装在直流电机驱动泵出水端一侧，当液体流过流量传感器内部的磁性转子组件时，冲击磁性转子开始转动，产生不同磁极的旋转磁场，通过切割磁感线，流量传感器内部的霍尔元件产生相应的高低脉冲电平并输出流量信号至PC端；